软件体系结构风格是描述某一特定应用领域中系统组织方式的惯用模式。
体系结构风格定义了一个系统家族,即一个体系结构定义一个词汇表和一组约束。词汇表中包含一些构件和连接件类型,而这组约束指出系统是如何将这些构件和连接件组合起来的。
体系结构风格反映了领域中众多系统所共有的结构和语义特性,并指导如何将各个模块和子系统有效地组织成一个完整的系统。根据项目的具体特点进行分析,再确定使用的风格。风格的使用几乎完全是特定的。
体系结构风格的关键四要素:
经典的体系结构风格
管道/过滤器风格的优点:
管道过滤器的缺点
面向对象系统的缺点
构件不直接调用一个过程,而是触发或广播一个或多个事件。系统中的其它构件中的过程在一个或多个事件中注册,当一个事件被触发,系统自动调用在这个事件中注册的所有过程,这样,一个事件的触发就导致了另一模块中的过程的调用。
这种风格的构件是一些模块, 模块既可以是一些过程,又可以是一-些事件的集合。过程可以用通用的方式调用,也可以在系统事件中注册些 过程,当发生这些事件时,过程被调用。
这种风格的主要特点是事件的触发者并不知道哪些构件会被这些事件影响。
这样不能假定构件的处理顺序甚至不知道哪些过程会被调用,因此许多隐式调用的系统也包含显式调用作为构件交互的补充形式
基于事件的隐式调用的优点
基于事件的隐式调用的缺点
分层系统的优点
分层系统的缺点
在仓库风格中,有两种不同的构件:
中央数据结构说明当前状态,独立构件在中央数据存贮上执行,仓库与外构件间的相互作用在系统中会有大的变化。
控制原则的选取产生两个主要的子类。若输入流中某类时间触发进程执行的选择,则仓库是传统型数据库;另一方面,若中央数据结构的当前状态触发进程执行的选择,则仓库是黑板系统。
黑板系统的组成:
黑板系统的组成:
其传统应用:信号处理领域。如语言、模式识别
通过连接件绑定在一起的按照-组规则运作的并行构网络。C2风格中的系统组织规则如下:
C2风格的特点
产生背景:
在集中式计算技术时代广泛使用的是大型机小型机计算模型。它是通过一台物理上与宿主机相连接的非智能终端来实现宿主机上的应用程序。
20世纪80年代以后,集中式结构逐渐被以PC机为主的微机网络所取代。个人计算机和工作站的采用,永远改变了协作计算模型,从而导致了分散的个人计算模型的产生。
基本概念
C/S软件体系结构是基于资源不对等,且为实现共享而提出来的,是20世纪90年代成熟起来的技术,C/S体系结构定义了工作站如何与服务器相连,以实现数据和应用分布到多个处理机上。
C/S体系结构有三个主要组成部分:
C/S软件体系结构示意图如下:
任务分配
服务器- (后台)负责管理系统资源,任务如下:
(1)数据库安全性的要求;
(2)数据库访问并发性的控制;
(3)数据库前端的客户应用程序的全局数据完整性规则;
(4)数据库的备份与恢复。
客户应用程序(前台)应完成的任务如下:
(1)提供用户与数据库交互的界面;
(2)向数据库服务器提交用户请求并接收来自数据库服务器的信息;
(3)利用客户应用程序对存在于客户端的数据执行应用逻辑要求。
网路通信软件应完成的任务 如下:
完成数据库服务器与客户端应用程序之间的数据传输。
C/S软件体系结构的优点
C/S软件体系结构的缺点
新增加了应用服务器,将整个应用逻辑驻留在
服务器上而只有表示层存在于客户机上
三层客户/服务器体系结构处理流程:
三层客户/服务器体系结构物理结构:
一般采用(1)或(2)(3)的客户机负荷太重,性能变差
三层客户/服务器风格优点
三层客户/服务器风格缺点
浏览器/服务器风格的基本概念:
浏览器/服务器(B/S)风格就是上述三层应用结构的一种实现方式,其具体结构为:浏览器/Web服务器/数据库服务器。
B/S体系结构主要是利用不断成熟的WWW浏览器技术,结合浏览器的多种脚本
语言,用通用浏览器就实现了原来需要复杂的专用软件才能实现的强大功能,
并节约了开发成本。从某种程度上来说,B/ S结构是一种全新的软件体系结构。
B/S模式的体系结构:
B/S结构中,应用程序以网页形式存放于Web服务器上,用户只需在客户端浏览器中输入相应网址,调用Web服务器上的应用程序,对DB数据进行处理,将结果在浏览器上显示给用户。
B/S体系结构的优点
B/ S体系结构的缺点:
对象管理结构:
1991年OMG提出了以对象请求代理(ORB)
为中心的对象管理结构,如下图所示:
上图中:
通用服务:实现一些通用功能
CORBA技术规范包括的内容:
CORBA技术规范:
接口定义语言(IDL)
IDL语言是CORBA规范中定义的一种中性语言,它用来描述对象的接口,而不涉及对象的真体实现。
在CORBA中定义了IDL语言到C、C++、和Java语言的映射。
接口池(IR)
CORBA的接口池包括了分布计算环境中所有可用的服务器对象的接口表示。它使动态搜索可用服务的接口、动态构造请求及参数成为可能。
动态调用接口(DII )
CORBA的动态调用接口提供了一些标准函数以供客户对象动态创建请求、动态构造请求参数。客户对象将动态调用接口与接口池配合使用可实现服务对象接口的动态搜索、请求及参数的动态构造与动
态发送。当然,只要客户对象在编译之前能够确定服务器对象的IDL接口,CORBA也允许客户对象使用静态调用机制。显然,静态机制的灵活性虽不及动态机制,但执行效率却胜过动态机制。
对象适配器(0A)
在CORBA中,对象适配器用于屏蔽ORB内核的实现细节为服务器对象的实现者提供抽象接口,以便他们使用ORB内部的某些功能。这些功能包括服务器对象的登录与激活、客户请求的认证等
CORBA定义了一种面向对象的软件构件构造方法,使不同应用可以共享由此构造的软件构件。
CORBA的平台无关性实现对象的跨平台引用CORBA的语言无关性开发人员可以相互利用其他人员的成果、技能。
CORBA体系结构的组成:
CORBA的设计词汇表=[构件: :=客户机系统/服务器系统/其它构件;连接件::=请求/服务]
其中客户机系统包括:
服务器系统包括:
CORBA体系结构模式图:
工作过程:
客户机应用程序用桩类型激发API或动态激发AP向服务器发出请求,服务器端接受方法调用请求,设置需要的上下文状态,激发服务器框架中的方法调度器,引导输出参数,并完成激发。此时客户机系统是独立于服务器系统的。
特点:
概念
正交软件体系结构由组织层和线索的构件构成。层是由一组具有相同抽象级别的构件构成。线索是子系统的特例,它是由完成不同层次功能的构件组成(通过相互调用来关联),每一条线索完成整个系统中相对独立的一部分功能。每一条线索的实现与其他线索的实现无关或关联很少,在同一层中的构件之间是不存在相互调用的。如果线索是相互独立的,即不同线索中的构件之间没有相互调用,那么这个结构就是完全正交的。
特征
优点
基于层次消息总线的体系结构风格概述:
层次消息总线(HMB) 体系结构是由北大杨英清院士等人提出的,其示意图如下:
它支持构件的分布和并发。构件间通过消息总线进行通信。
在上图中:
构件:构件根据需要发出消息,由消息总线把该消息分派到系统中对此消息感兴趣的构件,构件接收到消息后,根据自身状态进行响应,通过消息总线返回处理结果。消息总线:负责消息的分派、传递和过滤,以及处理结果的返回。整个结构是分层次的树状结构,其叶子结点又叫原子构件(不可再包含子构件)。
接口
接口部分:一个构件有多个不同接口,每个接口定义了一组输入和输出消息。构件通过接口定义了同外界的信息传递和承担的系统责任。
静态结构
结构部分:复合构件的内部结构定义。
动态行为
行为部分:用带输出的有限状态自动机来刻画构件的行为,当构件接收到外来的消息后,根据当前所处状态对消息进行相应,并可能导致状态的变迁。
构件发出的消息:通知系统中其它构件某个事件的发生或请求其它构件的服务。
构件接收的消息:对系统中某个事件的响应或提供其他构件所需的服务。
同步消息:消息的发送者必须等待消息处理结果返回才可继续运行。如:过程调用
异步消息:不必等待。如:信号、时钟、异步过程
构件的行为就由外来消息的类型唯一确定即一个消息和构件的某个操作之间存在着固定的对应关系。对于这类构件可以认为构件只有一个状态,或者在每次对消息响应之前,构件处于初始状态
更通常的情况是,构件的行为同时受外来消息类型和自身当前所处状态的影响。
主要体现在下面3个方面:
(1)动态增加或删除构件
当系统功能扩充时、系统功能裁减时和新版本代替旧版本时,都要进行此操作。
接口中定义的输入、输出刻画了它的责任,构件彼此不知道对方的存在,因此只要保持接口不变,构件可方便的替换。
增加一个构件时,只需向系统登记其感兴趣的消息即可。
删除时可能会出现某些消息没有构件响应的异常情况。
解决方法:
①阻止这些消息
②先让其它构件增加对该消息的响应,然后再删除。
(2)动态改变构件响应的消息类型
此时应通过消息总线对发生的改变进行重新登记。
(3)消息过滤
解决某些构件集成时的不匹配问题。
为什么要使用异构结构?
C/S与B/ S混合软件体系结构有2种模型:
凡执行维护和修改数据的操作,
就使用C/S结构,若只执行-般查询和浏览操作的,则使用B/S结构。
优点:体现了B/S与C/S的共同优点。
缺点:外部用户可直接访问数据库服务器,故企业数据易暴露,安全性差。
互连系统构成的系统(SIS)
系统由若干个不同部分组成,每部分作为单独的系统独立开发。整个系统通过-组互连系统实现,互连系统之间相互通信。
其中有一个系统是体现整体性能的,称为上级系统。其余系统代表整体的一部分,称为从属系统。
基于SASIS的软件过程
互连系统构成的系统的软件体系结构(SASIS)
一旦上级系统经历过至少一次迭代,而从属系统的接口相对稳定,则从属系统软件过程即可开始。上级系统和从属系统可以使用相同的软件过程进行开发。
分解时,可以分解为2级,也可分解成多级,但要适度分解。过度分解会导致资源管理困难,项目难以协调。
用例建模
为每个系统(上级、从属)建立一个用例模型,上级系统的高级用例可以分解到子系统上,每个“分块”将成为从属系统模型中的一个用例。
分析和设计
是极其重要的,为了获得一个健壮的系统体系结构。
过程包括:标识构件、选择体系结构风格、映射构件、分析构件相互作用和产生体系结构。
实现
上级系统只执行一 些原型设计工作, 而从属系统主要完成构件的开发和测试工作。
测试
组装不同的从属系统时的集成测试,每个上级系统是否通过互连系统获得执行。
演化和维护
当从属系统需求变化时,不必开发新上级系统,只需对其内部变更,不影响其它从属系统。
SASIS的应用范围:
特定领域软件体系结构(DSSA)的定义
对DSSA研究的角度和关心的问题不同,
对DSSA的定义不同:
Hayes- Roth对DSSA的定义如下:“DSSA就是专用于一-类特定类型的任务(领域)的、在整个领
域中能有效地使用的、为成功构造应用系统限定了标准的组合结构的软件构件的集合”
Tracz的定义为:“DSSA就 是一个特定的问题领域中支持组应用的领域模型、参考需求、参考体系结构等组成的开发基础,其目标就是支持在一一个特定领域中多个应用的生成”
DSSA必须具备的特征:
(1)一个严格定义的问题域/解决域
(2)具备普遍性
(3)对整个领域的合适程度的抽象
(4)具备该领域固定的、典型的在开发过程中可重用元素
从功能覆盖范围角度DSSA有下面2种理解:
DSSA的基本活动
实施DSSA的过程中包含的3个基本活动:
此过程是一个反复的、逐步求精的过程
目标是:获得领域模型。
领域模型:描述领域中系统之间的共同需求的,把它称为领域需求。要确定哪些需求是被领域中的系统广泛共享的,从而建立领域模型。
它不是单个系统的表示,而是能够适应领域中多个系统需求的一个高层次的设计。
3. 领域实现
目标是:依据领域模型和DSSA开发,组织可重用信息。
这个阶段可以看做是重用基础设施的实现阶段。
DSSA的建立过程
DSSA的建立过程分5个阶段,
每个阶段包括: 一组需要回答的问题、一组需要的输入、一组将产生的输出
验证标准:
(1)定义领域范围:确定什么在感兴趣的领域中以及本过程到何时结束。
(2)定义领域特定的元素:编译领域字典和领域术语的同义词词典。识别领域中应用间的共同性和差异性;
(3)定义领域特定的设计和实现需求约束:描述解空间中有差别的特性。不仅要识别出约束,并且要记录约束对设计和实现决定造成的后果,还要记录对处理这些问题时产生的所有问题的讨论;
(4)定义领域模型和体系结构:产生- -般的体系结构,并说明构成它们的模块或构件的语法和语义;
(5)产生、搜集可重用的产品单元:为DSSA增加构件使得它可以被用来产生问题域中的新应用。
该建立过程是并发的递归的和反复的
DSSA的三层次系统模型
DSSA的建立人员要求对特定领域(包括问题域和解决域)必须精通,他们要找到合适的抽象方式,来实现DSSA的通用性和可重用性。
DSSA和体系结构风格的比较
因为研究的出发点不同,下面从5个方面进行比较: